Представете производителността на подсилените с въглеродни влакна PEEK материали и структурните характеристики на частите, направени от този материал, анализирайте трудностите при обработката на такива материали, изберете поликристални диамантени инструменти и други инструменти като изследователски обекти и проучете поликристалните диамантени инструменти въз основа на дизайна на множество сравнителни процесни експерименти. Приложението на диамантени инструменти при обработката на пластмаси, подсилени с въглеродни влакна (PEEK5600CF30) и параметрите на обработка на често използвани инструменти.
1 Предговор
Подсиленият с въглеродни влакна PEEK материал ефективно подобрява устойчивостта на износване и механичните свойства на материала след добавяне на въглеродни влакна. Това е специална инженерна пластмаса с отлична производителност. Сред тях, високата устойчивост на износване и изключителните механични свойства на материала PEEK5600CF30 го правят широко използван в херметически уплътняващи и поддържащи позициониращи части. Срещат се и големи проблеми при струговане на материали PEEK5600CF30, като бързо износване на инструмента и ниска ефективност на обработка. При обработка на размери с висока точност, стойността на компенсацията на инструмента се променя значително и точността на обработката не е лесна за гарантиране. Инструменталният материал PCD (поликристален диамант) има предимствата на плътна комбинация от частици, не е лесно да се счупи и висока устойчивост на износване. Като инструмент за завъртане предните и задните ъгли могат да достигнат голяма стойност и силата на рязане е малка. Подходящ е за обработка на неметални материали [1- 3].
2 Структурни характеристики и проблеми с обработката на части
Пръстенът за намаляване на износването на куката за изхвърляне, обработен от авторското звено, е изработен от подсилена с въглеродни влакна инженерна пластмаса PEEK5600CF30. Дебелината на стената на детайла е 1 mm, стойността на грапавостта на повърхността на вътрешния отвор и външния кръг Ra е 1,6 μm, а диаметърът на външния кръг е 30 ~ 55 mm. , дължината е 1~10 мм, структурата на частта и триизмерният изглед са показани на Фигура 1 и Фигура 2.
снимка
Фигура 1 Структура на антифрикционния пръстен
Фигура 2 Триизмерен изглед на антифрикционния пръстен
В момента има три основни проблема, пред които е изправена обработката на специални инженерни пластмаси PEEK: първо, използването на карбидни инструменти за обработка, животът на инструмента е изключително слаб; второ, точността на размерите и грапавостта на повърхността на частите не могат да бъдат ефективно гарантирани по време на обработката и стабилността на качеството е лоша; трето, струговане Ефективността на обработката е ниска и параметрите на рязане трябва да бъдат оптимизирани [4, 5].
3 решения
3.1 PCD режещи инструменти
Един общ PCD инструмент се състои от три части: метален инструмент, PCD пластир и адхезивен слой. Фигура 3 е схематична диаграма на типична PCD структура на острието. Металната матрица от циментиран карбид и пластирът PCD са свързани чрез адхезивен слой.
снимка
Фигура 3 PCD инструмент
Качеството на PCD инструментите се определя главно от качеството на смилане на PCD пластирите и качеството на материала на PCD пластирите. Понастоящем големите местни производители на PCD инструменти са успели да постигнат локализация и прецизна обработка на PCD материали. Поради това цената на вътрешните PCD режещи инструменти е спаднала от недостижима през 90-те години на миналия век до почти същата като на висококачествения твърдосплав. Въпреки това, в сравнение с вносните PCD инструменти, местните PCD инструменти все още имат някои недостатъци, като нестабилно качество и кратък експлоатационен живот. Някои местни PCD режещи инструменти използват вносни материали. Поради вътрешните нива на обработка, тяхната технология за обработка на ръбове все още изостава от чуждите страни. Според размера на диамантените частици, които изграждат материала, често използваните PCD материали се разделят на класове 20, 30 и 30M. Колкото по-голям е размерът на частиците, толкова по-голям е класът на материала. Подобно на размера на частиците на циментирания карбид, по-големите размери на частиците имат по-добра устойчивост на износване и са подходящи за обработка на по-твърди материали.
3.2 Избор на инструмент
Вземайки обработката на пръстена против износване на куката за изхвърляне на типична част, изработена от PEEK5600CF30 като тестов обект, за обработка бяха използвани съответно карбидни инструменти и PCD инструменти. Разликата в износването и промените в стойността на износване между двете бяха наблюдавани и параметрите на обработка на двете бяха сравнени. Материалът на острието, оборудването за обработка и броят на обработените части са показани в таблица 1.
Таблица 1 Материал на острието, оборудване за обработка и брой обработени части
снимка
По време на процеса на обработка на вложки от циментиран карбид са предразположени към възникване на кратерно износване, износване на страните и износване на жлебовете на предната повърхност. В началния етап на износване на инструмента, режещият ръб е склонен към напукване поради екструдиране на въглеродни влакна; покритието на наклонената повърхност бързо се уврежда при триенето на материала от въглеродни влакна и матрицата на острието се износва бързо, причинявайки допълнително намаляване на здравината на ръба и засилване на увреждането на режещия ръб; при тежки В етапа на износване, страничната повърхност на инструмента е сериозно износена и дъговидната форма на върха на инструмента е повредена (вижте Фигура 4), което води до намаляване на точността на обработка на частите, сериозни ръбове и неравности, и качеството на повърхността не може да бъде гарантирано.
снимка
Фигура 4 Дъговидната форма на върха на инструмента е повредена
Стойността на радиуса на дъгата на върха на острието, показано на Фигура 4, измерена с помощта на електронен микроскоп с висока мощност OLYMPUS, е 0.34 mm, а радиусът на върха на неизползваното острие е 0.4 mm. Разликата показва, че отклонението на теоретичната позиция на върха на инструмента е -0.06 mm. При обработка според позицията на върха на инструмента, измерена при обработката на първата част, това означава, че грешката на контура на обработка на частта е +0.06 mm. Сравнявайки картината на толеранса на дебелината на стената на частите на антифрикционния пръстен в mm, този толеранс е достатъчен, за да причини частите да бъдат бракувани.
След използване на PCD поликристални диамантени режещи инструменти, износването на инструмента е значително подобрено. При същото време за обработка и условия на рязане, само наклонената повърхност на острието има ниска степен на износване, режещият ръб е основно непокътнат, а дъговидната форма на върха на инструмента поддържа висока точност (вижте Фигура 5), точността на обработка частите е значително подобрен.
снимка
Фигура 5 Дъговидната форма на върха на инструмента поддържа висока точност
Фигура 5 показва, че радиусът на дъгата на върха на инструмента на острието, измерен с помощта на електронен микроскоп с висока мощност OLYMPUS, е 0.385 mm, а радиусът на върха на инструмента на неизползваното острие е 0.4 mm. Разликата показва, че отклонението на теоретичната позиция на върха на инструмента е -0.015 mm. При обработка според позицията на върха на инструмента, измерена при обработката на първата част, това означава, че грешката на контура на обработка на частта е +0.015 mm. Сравнявайки картината на толеранса на дебелината на стената на частите на антифрикционния пръстен в mm, частите все още са квалифицирани към този момент.
Чрез този тест може да се заключи, че твърдосплавните пластини не са подходящи за струговане на материали PEEK5600CF30, а PCD инструментите са подходящи за струговане на материали PEEK5600CF30. Използването на PCD инструменти от клас 20 може да отговори на нуждите. Цилиндричният PCD струговащ инструмент, избран при действителната обработка, е показан на фигура 6.
снимка
Фигура 6 Външен PCD инструмент за струговане
3.3 Анализ на грешката на точността на размерите на обработката
(1) Влиянието на силата на рязане на инструмента върху обработката на антифрикционни пръстени. По време на обработката на части, ако CNC програмата се компилира според нормалния размер на частите на антифрикционния пръстен, се установява, че формата на вътрешния отвор и външния кръг след обработката имат конус: на дължина от 1 0 до 12 mm, Вариацията на вътрешния отвор на детайла е 0.04~0.05mm, а вариацията на външния кръг е 0,01~ 0,03 мм. Формата на вътрешния отвор и външния кръг е показана на фигура 7.
снимка
а) Теоретично състояние на частите след обработка б) Действително състояние на частите след обработка
Фигура 7 Форма на вътрешен отвор и външен кръг
Анализира се причината, че устната част на детайла има ниска твърдост и инструментът се поддава по време на процеса на рязане. След обработка и отстраняване на грешки, конусът на частите след обработката се компенсира в CNC програмата, за да се гарантира по-добре точността на обработката. След пробна обработка на частите има пряка връзка между количеството на рязане на вътрешния отвор и аксиалната дължина на частите. Аксиалният размер се увеличава и деформацията на отвора се увеличава. След компенсиране на конусността по време на процеса на програмиране, точността на обработка на частите може да бъде ефективно подобрена.
(2) Въздействието на износването на инструмента върху точността на размерите и качеството на повърхността на частите. Като вземем за пример обработката на части с антифрикционни пръстени, ситуацията, проверена на място, е следната: след обработка на 40{{10}} части, поради силно износване на инструмента, ако продължава да се използва, препоръчва се всеки път да се обработват 50 броя. Регулирайте стойността на компенсацията на инструмента и конуса веднъж и регулирайте стойността на диаметъра с 0,02 mm всеки път. Условията за обработка са: използвайте машинен инструмент CTX310 CNC за обработка на прътов материал PEEK5600CF30 и инструментът е домашен PCD инструмент за пробиване на вътрешни отвори. Параметри на обработка: скорост на шпиндела 1800 r/min, скорост на подаване 0,06 mm/r, допуск за довършителна обработка 0,05 mm, не се препоръчва да продължите да го използвате след 700 до 800 парчета и инструментът трябва да бъде сменен. Причината за тази операция е, че силата на рязане се увеличава поради износването на инструмента, което от своя страна влияе върху точността на размерите и качеството на повърхността на детайла. Стойността на отместването на инструмента и CNC програмата трябва да се коригират навреме, за да се гарантира степента на квалификация за обработка на частите.
3.4 Параметри на рязане
Таблица 2 показва препоръчителните степени на PCD инструмента и съответните параметри на рязане. Условия за използване на този параметър: Машинният инструмент за обработка е струг CTX310 с ЦПУ, дебелината на стената на частта е по-голяма или равна на 1 mm, а диаметърът на външния кръг на обработка е 30 ~ 50 mm. В допълнение, имайте предвид, че производителят на PCD ножа, използван по-горе, е SECO (Seco) и параметрите на инструмента на други марки могат да бъдат фино настроени на тази основа.
Таблица 2 Препоръчителни степени на PCD инструменти и съответните параметри на рязане
